应用介绍

冲蚀腐蚀对于飞机安全性的影响

“飞机是最安全的运输方式。然而，很少有飞机失事引起人们对其安全性的几点怀疑。”

有几份报告指出，重新设计机身以适应最新的燃油效率（提高15-20%）的燃气涡轮发动机可能引发了被证明是致命的坠机事故。摩擦学在燃油效率涡轮的发展中发挥了重要作用。在这方面，我们着重于将这些发动机中采用的先进材料和设计结构与导致灾难和潜在故障的高温磨损和摩擦机制联系起来。

图1抗微动涂层保护叶根和盘槽免受微动磨损（由于径向应变和振动）。

一台高效的燃气轮机（布雷顿循环）应具有较低的燃料消耗、最低的噪声和较低的维护成本。在这方面，有几种设计和材料，使重量轻，更高的旁通比，低摩擦和磨损的发动机部件。

使用齿轮驱动的涡轮风扇可以实现较高的旁通比（例如12:1的旁通比）。它在排气口附近产生大量空气，有助于增加推力。然而，齿轮箱的加入增加了发动机的重量和可靠性问题。

 图2热障涂层（TBC），保护基体合金免受热量和侵蚀。

为了抵消变速箱的重量，材料科学被推向了极限，以减轻发动机的重量。风扇叶片由轻质铝锂合金、碳纤维复合材料制成，涡轮叶片由钛铝合金制成。与镍铬合金相比，钛铝化物更轻，强度更高。此外，汽轮机围带衬里中使用的镍铬合金被轻质复合金属基体取代，例如，碳基体中的碳化硅纤维和氮化硼涂层，可承受1315℃的温度°C/2400号°F。

图3在高工作温度下，Ducom微动磨损试验机（a）和Ducom空气喷射腐蚀试验机（B）中的试验区域的图像。

使用齿轮驱动涡扇发动机的燃油效率高的燃气轮机运行成本也较低。由于级/叶片数量减少，更换的零件更少。此外，发动机叶片的耐磨性也得到了改善。

在叶根和轮盘槽处涂上抗微动的铜镍或钴基涂层，以抵抗高温下径向应变和振动的磨损（见图1气流喷砂冲蚀试验机）。涡轮叶片涂有热障涂层（TBC），以防止固体颗粒的热量和高温侵蚀（见图2）。

符合ASTM G76和G211-14的Ducom气流冲蚀试验机。这种最先进的腐蚀测试仪能够进行高达1200摄氏度的测试。

这些涂层的耐磨性能可以使用在1200℃下运行的Ducom喷气式冲蚀试验机进行测试°C（见图3 A）和微动磨损试验机在900°C（见图3B）。

TBC的特征侵蚀曲线和抗微动涂层的特征摩擦曲线分别如图4和图5所示。请阅读这篇文章的最后一节，它突出了Ducom高温摩擦计的一些独特功能。

 图4热障涂层的特征腐蚀曲线。

总之，与齿轮驱动涡扇发动机相关的技术降低了更换零件的成本，推动了材料科学的极限，开发出更轻的发动机零件和耐磨涂层，并实现了比传统涡扇发动机更高的推力。虽然它们有助于提高燃油效率和降低维护成本，但对发动机尺寸进行了重大修改。

图5微动条件下涂层的特性性能曲线。

齿轮动力涡轮风扇的直径比传统涡轮风扇大，使发动机更大。因此，塔架被重新设计，通过将发动机推向机头并从地面向上推，来增加离地间隙。它给飞机的空气动力学带来了新的挑战，解决办法引发了致命的坠机事故。虽然摩擦学有助于开发燃油效率高的发动机，但不幸的是，它们与致命的设计有关。